EP0069790A1

EP0069790A1 - Verfahren und Gerät zur Erdschlussortung an Starkstrom-Freileitungsnetzen

Info

Publication number: EP0069790A1
Application number: EP81105399A
Authority: EP
Inventors: Jozsef Dipl.-Ing. Prause; Gyözö Dipl.-Ing. Domokos; András Dipl.-Ing. Bely
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1983-01-19
Also published as: AT388815B; ATA245181A; EP0069790B1; DE3119925C2; DE3119925A1

Abstract

Verfahren und Gerät zur Erdschluß-Fernortung an Starkstrom-Freileitungen ohne Abschaltung des Freileitungsnetzes, indem in der Umgebung der Freileitung mit zwei einen Winkel miteinander einschließenden Antennen (1, 2) die Größe des von einer bestimmten Oberschwingung des Netzstromes erzeugten Feldes, oder die Größe und/oder das Verhältnis zweier einen Winkel miteinander ein-schließenden Komponenten des von der bestimmten Oberschwingung erzeugten Feldes gemessen und angezeigt wird, so daß die Lokalisierung des Fehlers durch Abtastung einer sprunghaften Änderung wenigstens eines von den Anzeigeeinrichtungen (10, 11) abgelesenen Meßwertes erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernortung der Erdschlüsse von Starkstrom-Freileitungen, bei dem die kontinuierliche Versorgung nicht durch Abschaltungen beeinträchtigt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Lokalisierung der Erdschlüsse in Starkstrom-Freileitungsnetzen, insbesondere in kompensierten radialen Mittelspannungs-Freileitungsnetzen, ist eine zeitaufwendige Arbeit. Wird in unkompensierten Netzen ein Erdschluß bemerkt, so muß das Netz spannungsfrei gemacht und der Fehler entweder durch Abgehen des Netzes gesucht oder, wie z.B. in der sowjetischen Patentschrift Nr. 287 185 vorgeschlagen, durch Erregung an den Speiseklemmen und Abgleichen eines in Brückenschaltung arbeitenden Gerätes ungefähr eingegrenzt werden. In dem eingegrenzten Abschnitt muß der Fehler dann durch Abgehen des Netzes gefunden werden. In beiden Fällen ist die Ortung der Erdschlußstelle auch in leichterem, z.B. ebenem Gelände eine sehr zeitaufwendige und langwierige Aufgabe, die im letzteren Falle auch spezielle Meßgeräte erfordert und auf jeden Fall mit Unterbrechungen der kontinuierlichen Versorgung verbunden ist, was bei den Verbrauchern Schwierigkeiten verursachen kann.
Im Falle kompensierter Netze ist es durch die zwischen die Speiseklemmen geschaltete kompensierende Wicklung möglich, bei Eintreten eines Erdschlusses das Netz noch eine gewisse Zeit lang aufrecht zuerhalten, jedoch muß auch in diesem Fall der Fehler so schnell wie möglich geortet werden. Bei kompensierten Netzen ist es üblich, vom Speisepunkt ausgehend durch mittels der an den Masten befindlichen Schalter vorgenommenes Abschalten des in Richtung des Verbrauchers verlaufenden Netzteiles das Netz abschnittsweise zu unterbrechen und auf diese Weise den Fehler einzugrenzen. Für dieses Vorgehen ist es jedoch erforderlich, daß zwischen den das Netz untersuchenden Personen und dem sich am Speisepunkt aufhaltenden Personal eine Informationsverbindung besteht, damit die zur Überprüfung des Netzes notwendige Unterbrechung und Erregung sowie die Kontrolle des Netzabschnittes mit Meßgeräten koordiniert vorgenommen werden kann. In dieser Zeit haben die Verbraucher keinen Strom, und in ungünstigen Fällen kann der Erdschluß nur nach mehrmaligem Abschalten geortet werden. Das Verfahren hat nicht nur den Nachteil für die Verbraucher, mit Stromabschaltungen verbunden zu sein, sondern ist darüberhinaus - weil die Masten manchmal schwer zugänglich sind und die hoch oben an den Masten angebrachten Isolatoren geprüft bzw. aus Sicherheitsgründen ausgewechselt werden müssen - sehr zeitraubend, die Lebensdauer der Schalter und Unterbrecher ist geringer, die Betätigung der Schalter kann gefährlich sein, das Zusammenwirken mehrerer Schaltberechtigter ist erforderlich, ferner ein Fahrzeug sowie eine Informationsverbindung, z.B. über Funk.
Bekannt sind ferner Geräte zur Ortung von Erdschlüssen oder Leitungsunterbrechungen (britische Patentschrift Nr. 1 374 700). Diese Geräte werden in bestimmten Abständen voneinander auf der Leitung angebracht; im Falle von Erdschluß oder Unterbrechung ändert sich der Phasenstrom bzw. das von ihm erregte magnetische Feld beträchtlich, und die Geräte zeigen diese Änderung durch Signale (z.B. die Änderung der Stellung eines Hebels) an. Bei der genaueren Ortung der Fehlerstelle gibt der letzte unveränderte (oder der letzte veränderte) Signalhebel einen Hinweis. Nachteilig ist, daß verhältnismäßig viele Geräte angebracht werden müssen, deren Herstellung, Einbau in die Fernleitung, Rückstellen in die Ausgangsstellung und Instandhaltung einesteils kostenaufwendig ist, zum anderen ermüdende, unfallgefährliche Arbeit auf dem Mast erfordert.
Aus der britischen Patentschrift Nr. 1 360 469 ist ein Fehlerortungsgerät bekannt, das auf der Messung von Feldstärkeänderungen beruht. Das Gerät enthält, aufeinanderfolgend angeordnet, einen Rezeptor für Magnetfelder, z.B. eine Spule mit Ferritkern, einen Verstärker, einen Empfindlichkeitsregler, einen Zweizustands-Schaltstromkreis und dessen jeweiligen Zustand anzeigende Organe. Mit dem Gerät wird entlang der ein- oder dreiphasigen Fernleitung das von der Phase (den Phasen) erzeugte Feld oder das resultierende Feld an der Stelle seiner geringsten Stärke untersucht. Die Anzeige bleibt so lange unverändert, wie die Stärke des resultierenden magnetischen Feldes unter dem an dem Gerät eingestellten Empfindlichkeitswert bleibt. Ist das Netz schadhaft, so ändert sich das magentische Feld oder dessen Resultierende, was von dem Rezeptor wahrgenommen wird und zum Kippen des Zweizustands-Schaltstromkreises und einer dementsprechenden Anzeige führt. Zwischen dem Rezeptor und dem Verstärke des Gerätes ist ein Verzögerungsorgan, z.B. ein Kondensator, angebracht, der die Aufgabe hat, die Wirkung der fallweise auftretenden transienten Phasenströme zu beseitigen; der Schaltstromkreis verfügt über eine automatische Rückstellung, die - wenn der Fehler beseitigt wurde - dessen Anzeige nach einer gewissen Zeit löscht.
Der wesentlichste Nachteil dieses Gerätes besteht darin, daß es für kompensierte Netze nur begrenzt einsetzbar ist, da im Netz der das resultierende magnetische Feld am meisten bestimmende Faktor, die Grundschwingung, in Bezug auf Erdschlüsse kompensiert ist. Da das Gerät für magnetische Felder empfindlich ist, die von den Betriebsstrom im allgemeinen um Größenordnungen übersteigenden Fehlerströmen hervorgerufen werden, ist es zur Wahrnehmung der infolge der Kompensation um mehrere Größenordnungen geringeren Erdschlußströme praktisch ungeeignet. Wird seine Empfindlichkeit auf die Wahrnehmung der kompensierten Erdschlußströme eingestellt, so zeigt das Gerät auch das von dem normalen Betriebsstrom erregte magnetische Feld als Leitungsfehler an.
Natürlich kommt es auch vor, daß das magnetische Feld nicht genau an der Stelle seines kleinsten Wertes untersucht wird; in diesem Falle wertet das Gerät den für die Feldstärke rezipierten Wert irrtümlich als Fehler. Dies zu korrigieren erfordert weitere Messungen. Schließlich ist es die Sache einer subjektiven Entscheidung, ob man die Fehleranzeige akzeptiert oder nicht.
Das Gerät hat weiter den Nachteil, daß mit ihm nur die Tatsache festgestellt werden kann, daß der Fehler besteht. Um die Fehlerstelle zu lokalisieren, muß der Betrieb der Leitung mehrmals unterbrochen werden, oder es müssen auf die im Zusammenhang mit der britischen Patentschrift Nr. 1 374 700 beschriebene Weise mehrere Geräte angebracht werden.
Ferner sind Lösungen bekannt, gemäß denen das von dem geringen Erdschlußstrom der Leitung hervorgerufene Magnetfeld gemessen und aus seiner Größe auf den Ort des Fehlers geschlossen wird. Bei kompensierten Netzen geben diese Methoden jedoch kein zuverlässiges Ergebnis, da einesteils die Energieunternehmen aus geschäftlichen Gründen bestrebt sind, durch die Kompensation den Erdschlußreststrom so niedrig wie möglich zu halten, weswegen zwischen dem von dem in einer erdschlüssigen Abzweigung fließenden Strom induzierten Feld und dem von dem in der sich an den gleichen Speisepunkt anschließenden fehlerfreien Leitung fließenden Strom induzierten Feld kein wesentlicher Unterschied besteht, und zum anderen am Ort der Messung die Parameter des magnetischen Feldes z.B. von der Masthöhe beeinflußt werden, die resultierende Erregung der Betriebsströme des vom Meßpunkt in asymmetrischer Entfernung befindlichen Dreiphasensystems ein die Messung schädlich beeinflussendes magnetisches Feld erzeugen kann, und schließlich - wenn die auf Erde bezogene Kapazität der fehlerfreien Leitung verhältnismäßig groß ist - der kapazitive Strom der unsymmetrischen Spannungsverteilung ein die Messung nachteilig beeinflussendes magnetisches Feld induziert, wodurch die Auswahl des erschlüssigen Zweiges unsicher wird.
Die erörterten Nachteile der bekannten Verfahren und Geräte zur Ortung von Erdschlüssen machten die Ausarbeitung eines Verfahrens erforderlich, das die Lokalisierung der Fehlerstelle sowohl für kompensierte wie auch für unkompensierte Netze vereinfacht und die Fehlersuche ohne Abschaltungen des Netzes oder Teile des Netzes ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Erdschluß-Fernortung an Starkstrom-Freileitungen, insbesondere radialen, kompensierten Mittelspannungs-Freileitungsnetzen. Für das Verfahren ist kennzeichnend, daß die kontinuierliche Versorgung durch das Netz aufrechterhalten wird und entlang der Linienführung des Netzes stellenweise und/oder entlang der Linienführung des Netzes wandernd kontinuierlich die Größe der von einer bestimmten Oberschwingung des Netzstromes erzeugten Erregung gemessen wird oder die Größe und/oder das Verhältnis zweier im Raum miteinander einen Winkel einschließender Komponenten, zweckmäßig der senkrechten und der waagerechten Komponente der von der bestimmten Oberschwingung erzeugten Erregung gemessen werden, und an der Stelle der sprunghaften Änderung des gemessenen Wertes, im Falle der Messung von Komponenten an der Stelle der sprunghaften Änderung des Verhältnisses der Komponenten und/oder des Wertes der waagerechten Komponente, der Fehler lokalisiert wird.
In einem unverzweigten Netzteil wird bei der Messung von zwei Komponenten der Fehler an der Stelle lokalisiert, an der sich der Wert der waagerechten Komponente und/ oder das Verhältnis der Komponenten sprunghaft ändert. Im Falle eines verzweigten Netzteiles werden entlang der Linienführung des Netzzweiges, bei dem die waagerechte Komponente und/oder das Verhältnis der Komponenten größenordnungsmäßig unverändert ist, stellenweise und/oder an der Leitung entlang wandernd kontinuierlich weitere Messungen vorgenommen.
Bei der Messung von zwei Komponenten wird während der Lokalisierung des Fehlers durch Beobachtung der Größe des Verhältnisses der Komponenten und/oder der Größe der waagerechten Komponente das Vorliegen des Erdschlusses festgestellt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die von gewissen Oberschwingungsströmen des Netzes hervorgerufene Erregung im Falle eines Erdschlusses wesentlich ändert. In einem dreiphasigen Netz bilden bei störungsfreiem Betrieb die Lastströme ein annähernd symmetrisches System, erzeugen in der Nähe der Phasenleiter ein Drehfeld, und dessen Größe oder die Größe zweier beliebiger Komponenten,dieses Feldes ist meßbar.
Wie eigene Messungen zeigten, ist bei störungsfreiem Betrieb der Wert der senkrechten Komponente des von den Oberschwingungsströmen erregten Feldes größer als oder annähernd gleich dem Wert der waagerechten Komponente. Bei Erdschluß ändern sich die Komponenten des von den Oberschwingungen erzeugten Feldes, und zwarweicht die waagerechte Komponente unter der erdschlüssigen Leitung am stärksten ab.
Diese Erscheinung tritt bei mit Erdschlußkompensation versehenen Netzen verstärkt in Erscheinung, und zwar deswegen, weil die Erdschlußkompensation meistens auf die Grundschwingung dimensioniert und daher für einzelne Oberschwingungen praktisch schon wirkungslos ist. Die Stelle des Erdschlusses kann sicherer bestimmt werden, wenn man die erwähnten Messungen an einem Feld vornimmt, das durch eine vorher ausgewählte, unkompensierte Oberschwingung erregt wird, für die die Erdschlußkompensation als wirkungslos zu betrachten ist. Abhängend von den Gegebenheiten des Netzes sind die geeigneten Oberschwingungen meistens die ungeradzahligen, z.B. die fünfte, siebente oder neunte Oberschwingung.
Wie eigene Messungen erwiesen, ist im Falle störungsfreien Betriebes der Wert der senkrechten Komponente größer. Liegt ein Erdschluß vor, so ändern sich die Werte der Komponenten erheblich; der Wert der waagerechten Komponente wird größer und ändert sich in der Nähe der Stelle des Erdschlusses sprunghaft. Auf diese Weise kann durch Messung der Größe und/oder des Verhältnisses der das von der ausgewählten Oberschwingung erregte Feld bildenden Komponenten die Stelle des Erdschlusses auf einen Meter genau gemssen werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Gerät zur Prüfung elektrischer Freileitungsnetze. Mit dem Gerät kann die Größe der Komponenten des durch eine bestimmte Oberschwingung erregten Feldes gemessen und/oder die Größe der Komponenten des durch eine bestimmte Oberschwingung erregten Feldes miteinander verglichen werden. Das Gerät ist daher bevorzugt für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gerätes wurde berücksichtigt, daß Größe und/oder Verhältnis der Oberschwingungskomponenten eines ausgewählten Feldes zweckmäßig so gemessen werden können, daß man die die Messung störende Grundschwingung und die restlichen Oberschwingungen ausfiltert, ein der Größe der Komponenten der ausgewählten Oberschwingung proportionales Gleichspannungssignal herstellt, und den Vergleich der Größe der Komponenten durch Umwandlung des Gleichspannungssignals und/oder durch seine Verarbeitung bzw. Sichtbarmachung vornimmt.
Das erfindungsgemäße Gerät enthält daher einen Feldrezeptor, einen an den Feldrezeptor angeschlossenen Verstärker, einen an dessen Ausgang angeschlossenen AC/DC-Wandler und eine Anzeigeeinheit.
Das Wesen der ersten Variante des Gerätes besteht darin, daß es zwei Feldrezeptoren aufweist, die miteinander einen Winkel größer als O°, zweckmäßig 90°, einschließen, und jedem Feldrezeptor ein Verstärker und ein AC/DC-Wandler zugeordnet ist, und zwischen jedem Feldrezeptor und dem ihm zugeordneten Verstärker ein Signal mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließendes Vorfilterglied vorgesehen ist, während zwischen dem Verstärker und dem diesem zugeordneten AC/DC-Wandler ein auf die zu messende Oberschwingung abgestimmtes Filter und/oder Bandfilter angeordnet ist, und die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker gleich sind, und der Ausgang des an den ersten Feldrezeptor, zweckmäßig den Rezeptor für die senkrechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers mit dem ersten Eingang einer quotientenbildenden Einheit verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang einer ersten Anzeigeeinheit in Verbindung steht, während der Ausgang des an den anderen Feldrezeptor, zweckmäßig den Rezeptor für die waagerechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers verzweigt einesteils mit dem anderen Eingang der quotientenbildenden Einheit, zum anderen mit dem Eingang einer zweiten Anzeigeeinheit verbunden ist.
Das Wesen der zweiten Variante des Gerätes besteht darin, daß es zwei Feldrezeptoren aufweist, die miteinander einen Winkel größer als 0°, zweckmäßig 90°, einschließen, und jedem Feldrezeptor ein Verstärker und ein AC/DC-Wandler zugeordnet ist, und zwischen jedem Feldrezeptor und dem ihm zugeordneten Verstärker ein Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließendes Vorfilterglied vorgesehen ist, während zwischen dem Verstärker und dem diesem zugeordneten AC/DC-Wandler ein auf die zu messende Oberschwingung abgestimmtes Filter und/oder Bandfilter angeordnet ist und die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker gleich sind, und der Ausgang des an den ersten Feldrezeptor, zweckmäßig den Rezeptor für die senkrechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers verzweigt einesteils mit dem Eingang einer ersten Anzeigeeinheit verbunden, zum anderen unter Zwischenschaltung einer steuersignalbildenden Einheit mit den Steuereingängen der beiden Verstärker rückgekoppelt ist, während der Ausgang des an den anderen Feldrezeptor, zweckmäßig an den Rezeptor für die waagerechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers mit dem Eingang einer zweiten Anzeigeeinheit verbunden ist.
Das Gerät fängt, wenn es in eine geeignete Stellung gebracht wird, die miteinander im Raum einen Winkel einschließenden Komponenten des vom Netz erzeugten Feldspektrums getrennt voneinander auf. Mittels der jedem _Feldrezeptor zugeordneten Folgeeinheiten, die eine getrennte Weiterleitung und Verarbeitung der Signale ermöglichen, werden die Komponenten der Grundschwingung ausgefiltert, und für jede Komponente wird getrennt ein Gleichspannungssignal gebildet, das zu der Komponente proportional ist. Bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Gerätes wird einesteils der der einen Komponente proportionale Gleichspannungspegel angezeigt, zum anderen wird das Verhältnis (der Quotient) der den einzelnen Komponenten proportionalen Gleichspannungspegel gebildet und ebenfalls angezeigt.
Bei der anderen Variante des Gerätes wird der Verstärkungsfaktor der beiden Verstärker zusammen mit dem der Größe der einen Komponente proportionalen Gleichspannungspegel so geändert, daß der eine Gleichspannungspegel als Einheitspegel, der andere in dessen Einheiten ausgedrückt angezeigt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Feldrezeptor ein induktives Element, z.B. eine Spule mit Eisenkern, Luftkern oder zweckmäßig Ferritkern, oder z.B. ein Hall-Generator.
Das induktive Element als Feldrezeptor ist zweckmäßig gegen das elektrische Feld abgeschirmt.
Das die Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausfilternde Vorfilterglied kann von einem auf die Frequenz der zu messenden Oberschwingung abgestimmten, durchlässigen Schwingkreis gebildet werden.
Bei Ausführungsformen, die als Feldrezeptor ein induktives Element enthalten, schließt sich an dessen Ausgang ein kapazitives Element an, das mit dem induktiven Element zusammen das die Frequenz der Grundschwingung ausschließende Vorfilterglied bildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zum Zwecke der Erhöhung der Effektivität des Filterns die Verstärker mit einem Bandschließglied versehen.
Das auf die Oberschwingung abgestimmte Filter und/oder Bandfilter ist zweckmäßig ein aktives Filter, insbesondere ist es mit einem doppelten T-Glied oder einem mehrfach rückgekoppelten Glied ausgeführt.
Die Anzeigeeinheit weist vorzugsweise einen Signalwandler auf, der an den zu dem Eingangssignal proportionalen Ausgang oder die zu dem Eingangssignal proportionalen Anzahl von Ausgängen eine Spannung liefert, und am Ausgang des Signalwandlers sind LED-displays vorgesehen.
Die Verstärker der Vorrichtung können auch als ein einziger Mehrkanalverstärker ausgeführt sein.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Gerätes ist es möglich, in mit Erdschlußkompensation versehenen oder isolierten Freileitungsnetzen den Erdschluß viel einfacher, leichter und schneller zu finden als mit den bekannten Verfahren. Zur Lokalisierung des Fehlers ist es ausreichend, entlang der Linienführung des Netzes und an den Kreuzungen des Straßennetzes die Größe einer bestimmten Oberschwingung des von dem Netz erregten Feldes und/oder das Verhältnis der Komponenten dieser Oberschwingung zu messen. In dem eingekreisten Abschnitt wird weiter gemessen, und aus den gemessenen Werten und/oder deren Verhältnis ergibt sich die Fehlerstelle mit einer Genauigkeit von einem Meter. Weiterhin ist vorteilhaft, daß zur Lokalisierung des Erdschlusses das Netz nicht abgeschaltet zu werden braucht, was für die Verbraucher vorteilhaft ist und außerdem die Lebensdauer der Schalter und Unterbrecher verlängert. Schließlich ist es vorteilhaft, daß der Fehler an dem fraglichen Mast geortet wird, d.h. daß es nicht erforderlich ist, im Falle verborgener Fehler auf den Mast zu den oben angebrachten Isolatoren zu steigen und eventuell intakte Isolatoren grundlos auszuwechseln.
Das erfindungsgemäße Gerät ist klein, leicht, tragbar, und seine Benutzung erfordert keine speziellen Fachkenntnisse.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. In beiden Fällen ist der Feldrezeptor ein induktives Element.

Fig. 1 zeigt das Blockschema des Gerätes gemäß der ersten Variante der Erfindung, und
Fig. 2 stellt das Blockschema des Gerätes gemäß der zweiten Variante der Erfindung dar.

Die in Fig. 1 dargestellte Variante des Gerätes besteht aus als Feldrezeptoren fungierenden induktiven Rezeptoren 1, 2, ferner Verstärkern 3, 4, Filtern 5, 6, A/DC-Wandlern 7, 8 sowie einer quotientenbildenden Einheit 9 und Anzeigeeinheiten 10, 11.
Der induktive Rezeptor 1 bildet mit dem über ein Vorfilterglied angeschlossenen Verstärker 3 und dem mit diesen in Reihe geschalteten Filter 5 und AC/DC-Wandler 7 eine die Weiterleitung und Verarbeitung des Signales gewährleistende Reihe, die von der durch den induktiven Rezeptor 2, dem sich über ein zweites Vorfilterglied an diesen anschließenden Verstärker 4 und dem mit diesen in Reihe geschalteten Filter 6 und AC/DC-Wandler 8 gebildeten Reihe völlig unabhängig ist.
Die induktiven Rezeptoren haben eine hohe Induktivität; zweckmäßig sind es Wicklungen mit Eisen- oder Ferritkern. Die beiden induktiven Rezeptoren 1, 2 sind so angeordnet, daß sie bzw. die Achsen der Wicklungen einen Winkel von 90° einschließen. Die Wicklungen sind gegen ein elektrisches Feld abgeschirmt.
Die induktiven Rezeptoren 1, 2 sind mit ihrem Ausgang unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten kapazitiven Elementes, z.B. eines Kondensators, mit dem Verstärker 3 bzw. 4 verbunden.
Das kapazitive Element und seine Anordnung werden so gewählt, daß das kapazitive Element und der zu ihm gehörende induktive Rezeptor 1 bzw. 2 zusammen ein die Frequenz der Grundschwingung ausschließendes Vorfilterglied bilden.
Die Verstärker 3 bzw. 4 haben eine hohe Eingangsimpedanz, einen breiten Aussteuerbereich und eine geringe Verzerrung. Der Verstärkungsfaktor der Verstärker 3 und 4 stimmt überein und kann - zweckmäßig von Hand - verstellt werden. Die Verstärker 3 und 4 können, um die den unerwünschten Frequenzen proportionalen Signale besser auszufiltern, mit Bandschließgliedern versehen sein. Die Verstärker 3 und 4 können auch als ein einziger Mehrkanalverstärker ausgeführt sein.
Der Ausgang des Verstärkers 3 ist an den Eingang des Filters 5, der Ausgang des Verstärkers 4 an den Eingang des Filters 6 angeschlossen. Die Filter 5 und 6 sind aktive Filter; sie sind mit einem doppelten T-Glied oder einer mehrfachen Rückkopplung sowie mit Temperaturkompensation versehen. Ihre Betriebsfrequenz ist auf die Frequenz der zu messenden Oberschwingung des Feldes eingestellt, und zwar mit einer Bereichsbreite, die auch die sich aus den Frequentschwankungen ergebenden Änderungen erfaßt. Die Filter 5 und 6 können auch als ein einziges Mehrkanalfilter ausgeführt sein.
Der Ausgang des Filters 5 ist an den Eingang des AC/DC-Wandlers 7, der Ausgang des Filters 6 an den AC/DC-Wandler 8 angeschlossen. Die AC/DC-Wandler sind Signalwandler mit hoher Linearität, kleinem Unempfindlichkeitsbereich.
Die die von den einzelnen Komponenten erzeugten Signale vorfilternden, verstärkenden, filternden und zu einem Gleichspannungssignal formenden Stufen sind so ausgebildet, daß sie in dem bestimmten Frequenzbereich für Komponenten der gleichen Feldstärke eine Ausgangsgleichspannung gleicher Größe liefern.
Der Ausgang des AC/DC-Wandlers 7 ist mit dem einen Eingang der quotientenbildenden Einheit 9 verbunden, während der Ausgang des AC/DC-Wandlers 8 verzweigt ist und der eine Zweig mit dem anderen Eingang der quotientenbildenden Einheit 9 verbunden ist.
Die quotientenbildende Einheit 9 vergleicht die Ausgangssignale der AC/DC-Wandler 7 und 8 miteinander, und ihr Ausgangssignal, das an der mit ihrem (der quotientenbildenden Einheit 9) Ausgang verbundenen Anzeigeeinheit 10 erscheint, ist zu dem Verhältnis der Eingangssignale proportional. Die quotientenbildende Einheit 9 ist zweckmäßig so ausgebildet, daß die Proportionen der Verhältnisbildung variiert werden können.
Der andere Zweig des AC/DC-Wandlers 8 ist mit der anderen Anzeigeeinheit verbunden. Die Anzeigeeinheiten 10 und 11 haben zweckmäßig Signalwandler und mit deren Ausgang verbundene LED displays. Die Signalwandler stellen an ihrem dem Eingangssignal proportionalen Ausgang oder der dem Eingangssignal proportionalen Anzahl Ausgänge ein Ausgangssignal her, d.h. schaltet eine der Größe der Feldkomponente entsprechende Anzahl LED oder (wenn den Spannungswerten am display definierte Orte zugeordnet sind) eine an der der Größe der Feldkomponente entsprechenden Stelle befindliche LED ein, was die Auswertung erleichtert.
Die Anzeigeeinheiten 10 und 11 können auch andere Arten von Anzeigegeräten sein, z.B. Flüssigkeitskristalldisplay oder Zeigermeßgeräte.
Das arbeitende Gerät fängt, wenn es in eine entsprechende Stellung gebracht wird, zwei im Raum miteinander einen Winkel von 90° einschließende Feldkomponenten des von dem Netz induzierten Feldes auf. In einer zweckmäßigen Stellung des Gerätes nimmt der induktive Rezeptor 1 eine senkrechte, der induktive Rezeptor 2 eine waagerechte Stellung ein, d.h. der erstere mißt die senkrechte, der letztere die waagerechte Komponente. Die der Größe der Komponenten entsprechenden Signale werden getrennt voneinander aufgearbeitet: mit den Vorfiltergliedern werden die Signale mit der Grundschwingungsfrequenz ausgeschlossen, die Signale mit der Frequenz der Oberschwingung werden verstärkt, die zu messende Frequenz wird mit einem Filter abgetrennt und gleichgerichtet. Das der Größe der waagerechten Komponente proportionale Gleichspannungssignal wird einesteils an der zweiten Anzeigeeinheit 11 sichtbar gemacht, zum anderen wird das gleiche Gleichspannungssignal in der quotientenbildenden Einheit 9 mit dem der Größe der senkrechten Komponente proporionalen Signal verglichen und das Verhältnis der beiden Signale erscheint an der ersten Anzeigeeinheit 10.
Bei der Anwendung des Gerätes geht man die Linienführung der Leitung ab und mißt entweder kontinuierlich, oder in bestimmten Abständen, z.B. an jeder Wegkreuzung durch Einstellen des einen induktiven Rezeptors in senkrechte und des anderen induktiven Rezeptors in waagerechte Stellung in zu der Linienführung senkrechter Ebene das Verhältnis der Komponenten der ausgewählten Oberschwingung und die Größe der waagerechten Komponente. Die Messung wird so lange fortgesetzt, bis sich der Wert der waagerechten Komponente bezogen auf den vorher gemessenen Wert sprungartig ändert. In dem so eingegrenzten Abschnitt werden die Messungen kontinuierlich oder in kürzeren Abständen vorgenommen und diejenige Stelle gesucht, an der sich die waagerechte Komponente und das erwähnte Verhältnis gleichzeitig ändern. An dieser Stelle wird der Grund des Erdschlusses durch Augenschein, durch Messung des Widerstandes der Isolation oder auf andere bekannte Weise bestimmt.
In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt.
Das Gerät hat zwei induktive Rezeptoren 1 und 2, an die sich über auf der Zeichnung nicht dargestellte Vorfilterglieder in Reihe geschaltet die Verstärker 3 bzw. 4, die Filter 5 bzw. 6, die AC/DC-Wandler 7 bzw. 8 und die Anzeigeeinheiten 10 bzw. 11 in der Weise anschließen, daß die beiden signalverarbeitenden Ketten völlig voneinander getrennt sind. Das Gerät ist mit einer automatischen verstärkungsregelnden Rückkopplung versehen.
Die induktiven Rezeptoren entsprechend den im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Rezeptoren; sie sind so fixiert, daß sie miteinander einen Winkel von 90° einschließen. Ähnlich wie bei dem bereits beschriebenen Gerät wird das Vorfilterglied von einem entsprechend geschalteten kapazitiven Element, z.B. einem Kondensator, gebildet, der zusammen mit dem induktiven Rezeptor einen die Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließenden Schwingkreis darstellt.
Die Verstärker 3 und 4 haben eine hohe Eingangsimpedanz und können in einem breiten Bereich ausgesteuert werden. Ihre Verzerrung ist gering, und sie sind mit einem zweiten, zur Verstärkungssteuerung dienenden Eingang versehen. Ihr Verstärkungsfaktor ist auf den gleichen Wert eingestellt und kann so verstellt werden, daß die Übereinstimmung bestehen bleibt. Die Verstärker 3 und 4 können, ähnlich wie bei der ersten Variante des Gerätes, mit Bandschließgliedern versehen und als ein einziger Mehrkanalverstärker ausgeführt sein.
Die Filter 5 bzw. 6 sind so abgestimmt, daß ihre Betriebsfrequenz der zu messenden Frequenz entspricht. Sie verfügen über einen Betriebsfrequenzbereich, dessen Breite auch die Erfassung von sich durch Frequenzschwankungen ergebenden Frequenzen ermöglicht. Vorzugsweise handelt es sich um aktive, mit einem doppelten T-Glied rückgekoppelte Filter.
Die AC/DC-Wandler 7 bzw. 8 sind Signalwandler mit hoher Linearität und kleinem Unempfindlichkeitsbereich.
Die aus den induktiven Rezeptoren 1 bzw. 2, den Vorfiltergliedern, den Verstärkern 3 und 4, den Filtern 5 bzw. 6 und den AC/DC-Wandlern 7 bzw. 8 bestehenden signalverarbeitenden Ketten weisen Betriebsparameter auf, die gewährleisten, daß durch Feldkomponenten gleicher Stärke Gleichspannung gleicher Stärke induzert wird.
Die verstärkungsregelnde Rückkopplung wird dadurch realisiert, daß der Ausgang eines der AC/DC-Wandler, insbesondere der des dem induktiven Rezeptor 1 für die senkrechte Feldkomponente zugeordneten AC/DC-Wandlers, verzweigt ist und der eine Zweig mit dem Eingang einer steuersignalbildenden Einheit 12 verbunden ist. Der Ausgang der steuersignalbildenden Einheit 12 ist einsteils an den Eingang des in der gleichen signalaufarbeitenden Kette befindlichen Verstärkers 3, zum anderen an den zweiten Eingang, den Steuereingang des in der anderen Kette befindlichen Verstärkers 4 rückgekoppelt.
Die Rückkopplung ist so eingestellt, daß sich die Verstärkung des an den induktiven Rezeptor 1 für die senkrechte Feldkomponente angeschlossenen Verstärkers 3 so lange ändert, bis der Ausgangspegel des AC/DC-Wandlers 7 der gewählten Einheit entspricht. Auf diese Weise wird die zu der signalverarbeitenden Kette gehördende Anzeigeeinheit 10 zu einer Einheitsanzeige.
Die Verstärkung des in die sich an den anderen induktiven Rezeptor 2 anschließenden Kette geschalteten Verstärkers 4 wird ebenfalls von dem Ausgangssignal der steuersignalbildenden Einheit 12 gesteuert. Da die Betriebsparameter beider signalverarbeitender Ketten in dem zu messenden Frequenzbereich identisch sind, wird an der Anzeigeeinheit 11 der für die waagerechte Komponente gemessene Wert die Einheiten des für die senkrechte Komponente gemessenen Wertes ausgedrückt angezeigt.
Bei dieser Ausführungsform können die Anzeigeeinheiten einfacher gestaltet werden. Es genügt, wenn nur die eine Anzeigeeinheit, die Anzeigeeinheit 11, mit einem Signalwandler und an dessen Ausgang mit LED displays versehen ist; die andere Anzeigeeinheit 10 kann von einer entsprechend angeordneten LED-Diode gebildet werden.
Ähnlich wie das in Fig. 1 dargestellte Gerät fängt auch das in Fig. 2 dargestellte Gerät, in entsprechende Stellung gebracht und in Funktion gesetzt, die senkrechte und die waagerechte Komponente des Feldes gleichzeitig und getrennt voneinander auf. Die aufgenommenen Signale werden vorgefiltert, verstärkt, gefiltert und gleichgerichtet, und der Wert der senkrechten Komponente wird als Einheit, der Wert der waagerechten Komponente in dieser Einheit ausgedrückt angezeigt.
Was die Wahl der Meßorte betrifft, so geht man ähnlich vor wie bereits beschrieben. Die Anzeigeeinheiten können z.B. auch mit einer Vorsatzstufe versehene Flüssigkeitskristallanzeigen oder sonstige, für den Zweck geeignete Mittel sein.
Von den verwendeten Begriffen können die folgenden auch bezeichnet werden: Bandschließglied mit Bandsperrglied, doppeltes T-Glied mit T-Kettenglied oder T-Vierpol, Rezeptor mit Antenne oder Aufnehmer, LED mit lichtemittierende Diode, display mit Anzeige, und AC/DC-Wandler mit Gleichrichter.

Claims

1. Verfahren zur Erdschluß-Fernortung an Starkstrom-Freileitungsnetzen, insbesondere radialen, kompensierten Mittelspannungs-Freileitungsnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Versorgung durch das Netz aufrechterhalten wird und entlang der Linienführung des Netzes stellenweise und/oder entlang der Linienführung des Netzes wandernd kontinuierlich die Größe des von einer bestimmten Oberschwingung des Netzstromes erzeugten Feldes gemessen wird oder die Größe und/oder das Verhältnis zweier im Raum miteinander einen Winkel einschließenden Komponenten, zweckmäßig der senkrechten und der waagerechten Komponente des von der bestimmten Oberschwingung erzeugten Feldes gemessen werden, und an der Stelle der sprunghaften Änderung des gemessenen Wertes, im Falle der Messung von Komponenten an der Stelle der sprunghaften Änderung des Verhältnisses der Komponenten und/oder des Wertes der waagrechten Komponente, der Fehler lokalisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem unverzweigten Netzteil bei der Messung von zwei Komponenten der Fehler an der Stelle lokalisiert wird, an der sich der Wert der waagrechten Komponente und/oder das Verhältnis der Komponenten sprunghaft ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Falle eines verzweigten Netzteiles entlang der Linienführung des Netzzweiges, bei dem die waagerechte Komponente und/oder das Verhältnis der Komponenten größenordnungsmäßig unverändert ist, kontinuierlich oder stellenweise weitere Messungen vornimmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Messung von zwei Komponenten während der Lokalisierung des Fehlers durch Beobachten der Größe des Verhältnisses der Komponenten und/oder der Größe der waagerechten Komponente das Vorliegen des Erdschlusses feststellt.

5. Gerät zur Prüfung elektrischer Freileitungsnetze, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das Feldrezeptoren, daran angeschlossene Verstärker, an den Ausgang der Verstärker angeschlossene AC/DC-Wandler und Anzeigeeinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Feldrezeptoren hat, die miteinander einen Winkel größer als 0°, zweckmäßig 90°, einschließen, und jedem Feldrezeptor ein Verstärker (3, 4) und ein AC/DC-Umwandler (7, 8) zugeordnet ist, und zwischen jedem Feldrezeptor und dem ihm zugeordneten Verstärker (3, 4) ein Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließendes Vorfilterglied vorgesehen ist, während zwischen dem Verstärker (3, 4) und dem diesem zugeordneten AC/DC-Wandler (7, 8) ein auf die zu messende Oberschwingung abgestimmtes Filter (5, 6) und/oder Bandfilter angeordnet ist, und die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker (3, 4) gleich sind, und der Ausgang des an den ersten Feldrezeptor, zweckmäßig den Rezeptor für die senkrechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers (7) mit dem ersten Eingang einer quotientenbildenden Einheit (9) verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang einer ersten Anzeigeeinheit (10) in Verbindung steht, während der Ausgang des an den anderen Feldrezeptor, zweckmäßig den Rezeptor für die waagerechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers (8) verzweigt einesteils mit dem anderen Eingang der quotientenbildenden Einheit (9), zum anderen mit dem Eingang einer zweiten Anzeigeeinheit (11) verbunden ist.

6. Gerät zur Prüfung elektrischer Freileitungsnetze, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das Feldrezeptoren, daran angeschlossene Verstärker, an den Ausgang der Verstärker angeschlossene AC/DC-Wandler und Anzeigeeinheiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Feldrezeptoren hat, die miteinander einen Winkel größer als 0°, zweckmäßig 90°, einschließen, und jedem Feldrezeptor ein Verstärker (13, 14) und ein AC/DC-Wandler (7, 8) zugeordnet ist, und zwischen jedem Feldrezeptor und dem ihm zugeordneten Verstärker (13, 14) ein Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließendes Vorfilterglied vorgesehen ist, während zwischen dem Verstärker (13, 14) und dem diesem zugeordneten AC/DC-Wandler (7, 8) ein auf die zu messende Oberschwingung abgestimmtes Filter (5, 6) oder Bandfilter angeordnet ist und die Verstärkungsfaktoren der beiden Verstärker (13, 14) gleich sind, und der Ausgang des an den ersten Feldrezeptor, zweckmäßig den Rezeptor für die senkrechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers verzweigt einesteils mit dem Eingang der ersten Anzeigeeinheit (10), zum anderen unter Zwischenschaltung einer steuersignalbildenden Einheit (12) mit den Steuereingängen der beiden Verstärker (13, 14) rückgekoppelt ist, während der Ausgang des an den anderen Feldrezeptor, zweckmäßig an den Rezeptor für die waagerechte Komponente des Feldes, angeschlossenen AC/DC-Wandlers (8) mit dem Eingang einer zweiten Anzeigeeinheit (11) verbunden ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß seine Verstärker (3, 4, 13, 14) mit einem Bandschließgerät versehen sind.

8. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein auf die Oberschwingung abgestimmtes Filter (5, 6) und/oder sein Bandfilter aktive Filter, insbesondere ein doppeltes T-Glied oder ein mehrfach rückgekoppeltes Glied aufweisende Filter sind.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheiten (10, 11) an dem dem Eingangssignal proportionalen Ausgang oder der dem Eingangssignal proportionalen Anzahl Ausgänge eine Spannung herstellende Signalwandler und an dessen Ausgang LED displays aufweisen.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldrezeptoren induktive Elemente (1, 2) sind und an ihren Ausgang ein kapazitives Element angeschlossen ist, das mit dem induktiven Element zusammen einen die Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließenden Schwingkreis bildet.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Signale mit der Frequenz der Grundschwingung ausschließende Vorfilterglied ein auf die Frequenz der zu messenden Oberschwingung abgestimmter durchlässiger Schwingkreis ist.